(57)【要約】【課題】  電子源製造プロセス中の基板毎の発熱量の違いにも対応して基板表面の温度を一定に制御し、電子源の電子放出特性や寿命等の性能を向上させ、且つ、基板毎の性能ばらつきを小さくする。【解決手段】  複数の導電性部材４が配置された基板１０を載置する支持体２０７、導電性部材に電圧を印加するパルス発生器２１６、支持体２０７の温度を制御する温度調整手段１０２、１０３、基板１０の発熱量を計測する計測手段１０１とを具備する。そして、温度調整手段１０２、１０３は計測手段１０１で計測された発熱量に基づいて、支持体２０７の温度の制御を行う。また、計測手段は導電性部材に印加する電圧と、導電性部材に流れる電流とに基づいて発熱量を計測する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の導電性部材が配置された基板が載置される支持体と、前記導電性部材に電圧を印加する電圧印加手段と、前記支持体の温度を制御する温度調整手段と、前記基板の発熱量を計測する計測手段とを備え、前記温度調整手段は、前記計測手段で計測された発熱量に基づいて、前記支持体の温度の制御を行なうことを特徴とする電子源の製造装置。
【請求項２】
前記計測手段は、前記電圧印加手段が前記導電性部材に印加する電圧と、前記導電性部材に流れる電流値とに基づいて前記発熱量を計測することを特徴とする請求項１に記載の電子源の製造装置。
【請求項３】
前記計測手段は、前記支持体に流れる熱量を、前記支持体の少なくとも２点以上の温度に基づいて計測することを特徴とする請求項１に記載の電子源の製造装置。
【請求項４】
基板上に配置された複数の導電性部材の各々に電子放出部を形成するために、前記複数の導電性部材に電圧を印加する工程を有する電子源の製造方法であって、電子放出部の形成は、請求項１に記載の製造装置を用いて行なわれることを特徴とする電子源の製造方法。
【請求項５】
複数の導電性部材が配置された基板の、前記複数の導電性部材を減圧雰囲気下に配置する工程と、前記基板の温度を所定の温度に制御しながら、前記複数の導電性部材に電圧を印加して、当該複数の導電性部材の各々に電子放出部を形成する電圧印加工程とを有する電子源の製造方法であって、前記電圧印加工程は、当該工程中における、前記基板の発熱量の変化に基づいて、前記基板の温度を所定の温度に制御しながら行なわれることを特徴とする電子源の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示パネル等に用いられる電子源の製造装置及び電子源の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子放出素子としては、大別して熱電子放出素子と冷陰極電子放出素子を用いた２種類のものが知られている。冷陰極電子放出素子には、電界放出型、金属／絶縁層／金属型や表面伝導型電子放出素子等がある。
【０００３】
例えば、表面伝導型電子放出素子は基板上に形成された小面積の薄膜に、膜面に並行に電流を流すことにより、電子放出が生ずる現象を利用するものである。その基本的な構成、製造方法等は、例えば、特開平７−２３５２５５号公報（特許文献１）、特開平８−１７１８４９号公報（特許文献２）に開示されている。
【０００４】
表面伝導型電子放出素子は、基板上に対向する一対の素子電極と、この一対の素子電極に接続され、その一部に電子放出部を有する導電性膜とを有することを特徴とするものである。また、導電性膜の一部に亀裂が形成され、亀裂の端部には、炭素又は炭素化合物の少なくとも一方を主成分とする堆積膜が形成されている。
【０００５】
このような電子放出素子を基板上に複数個配置し、各電子放出素子を配線で結ぶことにより、複数個の電子放出素子を備える電子源を作製することができる。また、電子源と蛍光体とを組み合わせることにより、画像表示装置の表示パネルを形成することができる。
【０００６】
ところで、電子源を製造するには、例えば、基板上に複数の導電性部材を形成した後、上記基板を、冷却ユニットを有する支持体上に戴置し、上記基板を真空チャンバーで覆う。真空チャンバー内は、支持体と真空チャンバーとをパッキン等のシール部材を用いて密閉空間とする。
【０００７】
次いで、真空チャンバー内を排気した後、減圧雰囲気下で各導電性部材に外部端子を通して電圧を印加し、上記各導電性部材に電子放出部を形成する。この時、上記電圧の印加時に、基板からの発熱を冷却ユニットを有する支持体が回収する。
【０００８】
従来の製造方法では、支持体の温調はオープン制御であり、例えば、一定温度の冷媒を支持体の冷却ユニットに流すか、または、予め設定された温度プロファイルになるように冷媒の温度を変えている。
【特許文献１】特開平７−２３５２５５号公報
【特許文献２】特開平８−１７１８４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、製造される電子源の電子放出特性や寿命等の性能を向上させるために、基板表面の温度をより精度よく制御する必要が生じてきた。特に、導電性部材または導電性部材に接続される配線の抵抗ばらつき等が、基板毎に違っている場合などは、電子源製造プロセス中の基板表面からの発熱量も基板毎に異なるため、この発熱量の違いにも対応して基板表面の温度を所定の温度に制御することが課題となっていた。
【００１０】
本発明の目的は、電子源製造プロセス中の基板毎の発熱量の違いにも対応して基板表面の温度を所定の温度に制御することにある。
【００１１】
また、本発明の目的は、電子源の電子放出特性や寿命等の性能を向上させることにある。
【００１２】
また、本発明の目的は、電子源の電子放出特性や寿命等の性能を向上させ且つ、基板毎の性能ばらつきを小さくすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の電子源の製造装置は、複数の導電性部材が配置された基板が載置される支持体と、前記導電性部材に電圧を印加する電圧印加手段と、前記支持体の温度を制御する温度調整手段と、前記基板の発熱量を計測する計測手段とを備え、前記温度調整手段は、前記計測手段で計測された発熱量に基づいて、前記支持体の温度の制御を行なうことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の電子源の製造方法は、基板上に配置された複数の導電性部材の各々に電子放出部を形成するために、前記複数の導電性部材に電圧を印加する工程を有する電子源の製造方法であって、電子放出部の形成は、上記の製造装置を用いて行なわれることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の電子源の製造方法は、複数の導電性部材が配置された基板の、前記複数の導電性部材を減圧雰囲気下に配置する工程と、前記基板の温度を所定の温度に制御しながら、前記複数の導電性部材に電圧を印加して、当該複数の導電性部材の各々に電子放出部を形成する電圧印加工程とを有する電子源の製造方法であって、前記電圧印加工程は、当該工程中における、前記基板の発熱量の変化に基づいて、前記基板の温度を所定の温度に制御しながら行なわれることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、電子源製造プロセス中の基板毎の発熱量の違いにも対応して基板表面の温度を所定の温度に制御することが可能、または、電子源の電子放出特性や寿命等の性能を向上させることが可能、または、電子源の電子放出特性や寿命等の性能を向上させ且つ、基板毎の性能ばらつきを小さくすることが可能で、以上のような電子源の製造装置及び製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１は本発明による電子源の製造装置の第１の実施形態を示す断面図である。図１において、２０２は真空チャンバー（真空容器）、２０３はＯ−リング（パッキン）、２０４は活性化ガスであるベンゾニトリル、２０５は真空計である電離真空計である。また、２０６は真空排気系（真空ポンプ）、２０７は基板支持体、２０８は静電チャックである。支持体２０７に設置された静電チャック２０８は基板１０を保持して固定する。尚、基板１０の表面には、後述する通り、複数の導電性部材が形成されている。
【００１９】
また、２１０は平板、２１２は電気ヒータ、２１３は冷却ユニットである。電気ヒータ２１２と冷却ユニット２１３は交互に配列されている。２１４は真空排気系、２１５は基板１０上の後述する配線の一部に電気的に接触可能なプローブユニット、２１６はプローブユニット２１５に接続されたパルス発生器、Ｖ１はバルブである。
【００２０】
更に、１０１は基板１０の発熱量を計測する計測手段、１０２は温調電源、１０３は水温コントローラ、１０４は演算手段である。計測手段１０１は後述する方法を用いて発熱量を計測する。また、演算手段１０４は詳しく後述するように計測された発熱量に応じて温調電源１０２や水温コントローラ１０３を制御し、電気ヒータ２１２による加熱、或いは冷却ユニット２１３による冷却を制御する。
【００２１】
なお、電気ヒータ２１２、冷却ユニット２１３を制御するために支持体２０７、もしくは静電チャック２０８、もしくは平板２１０に温度センサが配置されているが、これは不図示である。静電チャック２０８の電気回路も不図示である。
【００２２】
図２は基板１０の一例を示す。ガラス基板表面に図２に示すように複数の行方向配線（Ｘ方向配線）７、複数の列方向配線（Ｙ方向配線）８及びこれら配線によりマトリクス配線された素子電極２、３及びＰｄＯ等からなる導電性膜４が形成され、基板１０が構成されている。また、９は絶縁層を示す。尚、本実施形態において、電子放出部が形成される導電性部材は、上記導電性膜４に相当する。
【００２３】
次に、図１の製造装置を用いて電子源を製造する方法の一例について説明する。まず、図２に示す基板１０を支持体２０７に載置し、静電チャック２０８で吸着した。次に、基板１０と支持体２０７との間にＨｅガスを導入し、５００Ｐａに維持した。Ｈｅガスは基板１０と静電チャック２０８の間の熱伝導を向上させる作用がある。尚、Ｈｅガスが最も好適であるが、Ｎ２、Ａｒ等のガスも使用でき、所望の熱伝導が得られればそのガス種は制限されない。
【００２４】
次いで、真空チャンバー２０２をＯ−リング２０３を介して基板１０上に上記配線端部が真空チャンバー２０２の外に出るようにして載せ、真空チャンバー２０２内に真空気密な空間を形成し、同空間を真空排気系２０６により圧力が１×１０−５Ｐａ以下になるまで真空排気した。また、温調手段である温調電源１０２により電気ヒータ２１２に流れる電流を調整し、また、もう一つの温調手段である水温コントローラ１０３により冷却ユニット２１３に流れる水温を調整し、基板１０を５０℃の一定温度に維持した。この温度制御は上述の図示しない温度センサの出力に基づいて行う。なお、電気ヒータ２１２，温調電源１０２はなくてもよい。
【００２５】
次に、プローブユニット２１５を真空チャンバー２０２の外に露出された基板１０上の配線端部に電気的に接触させ、プローブユニット２１５に接続されたパルス発生器２１６より、前記減圧雰囲気下で、前記導電性膜４に、底辺１ｍｓｅｃ、周期１０ｍｓｅｃ、波高値１０Ｖの三角パルスを１２０ｓｅｃ間印加し、フォーミング処理工程を実施した。このフォーミング処理時に流れる電流によって発生する熱は、効率よく静電チャック２０８に吸収され、基板１０は一定温度５０℃に保たれ、良好なフォーミング処理を実施できた。
【００２６】
以上のフォーミング処理により、図４に示すように間隙Ｇが導電性膜４に形成された。
【００２７】
ここで、図３は基板上の１つの電子放出素子を示す平面図、図４は図３のＢ−Ｂ線における断面図を示す。図３、図４では図２と同一部分は同一符号を付している。なお、図３、図４の５は電子放出部を示す。
【００２８】
次に、電気ヒータ２１２に流れる電流を調整し、また、冷却ユニット２１３に流れる水温を調整し、基板１０を８０℃の一定温度に維持した。この温度制御も上述の温度センサの出力に基づいて行う。また、バルブＶ１を開け真空チャンバ−２０２内に電離真空計２０５で圧力を測定しながら圧力が２×１０−４Ｐａのベンゾニトリルを導入した。更に、パルス発生器２１６よりプローブユニット２１５を通して、前記減圧雰囲気下で、前記導電性膜４に、底辺１ｍｓｅｃ、周期１０ｍｓｅｃ、波高値１５Ｖの三角パルスを６０分間印加して活性化処理を行った。
【００２９】
また、この活性化処理時には、計測手段１０１は後述するように基板１０の発熱量Ｑを算出し、演算手段１０４は得られた発熱量Ｑに応じて温調電源１０２、水温コントローラ１０３に支持体の温度、もしくは、冷媒の温度を指示する。
【００３０】
発熱量Ｑの算出方法としては、例えば、一方の計測手段１０１はその内部に設けられた抵抗値Ｒの抵抗器両端の電圧値Ｖを計測し、計測結果に基づいて発熱量Ｑ１＝Ｒ／Ｖ２を演算する。また、他方の計測手段１０１も同様にその内部に設けられた抵抗値Ｒの抵抗器両端の電圧値を計測し、同様に計測結果に基づいて発熱量Ｑ２＝Ｒ／Ｖ２を演算する。この場合の合計の発熱量ＱはＱ＝Ｑ１＋Ｑ２とする。
【００３１】
この際、演算手段１０４は、発熱量Ｑの増加に比例して冷媒の温度を下げるように制御を行う。例えば、発熱量Ｑが１ＫＷ増加したら水温を８０℃から１０℃下げて７０℃とし、発熱量Ｑが２ＫＷ増加したら水温を８０℃から２０℃下げて６０℃とする。
【００３２】
また、例えば、発熱量が図６のように変化する時には、図７に示すように温調電源１０２、水温コントローラ１０３に温度の変化量を発熱量に比例させて温度指令を８０℃から６０℃とすることで、基板表面の温度を一定に保つことができた。即ち、活性化処理時には、基板１０の表面の発熱量が大きいため、このような制御を行い、基板１０の温度を一定としている。
【００３３】
また、本実施形態では、基板表面の温度を一定にする例を示したが、これに限ることはない。例えば、スタート時の基板温度を温度Ｔ１とし、それから徐々に温度Ｔ２に上昇させる等の制御を行っても良い。なお、電気ヒータ２１２，温調電源１０２はなくてもよい。
【００３４】
また、フォーミング処理工程と同様に活性化処理時に流れる電流によって発生する熱は、効率よく静電チャック２０８に吸収され、基板１０は一定温度８０℃に保たれ、良好に活性化を実施することができた。
【００３５】
以上の活性化処理により、図３、図４に示すように間隙Ｇを隔てて炭素膜２９が形成された。
【００３６】
次いで、以上の工程を終了した基板１０とガラス枠及び蛍光体を配置したフェースプレートとの位置合わせを行い、低融点ガラスを用いて封着し、真空外囲器を作製した。更に、外囲器内に真空排気、ベーキング、封止工程等の工程を施し、図５に示す画像表示装置の表示パネルを作製した。
【００３７】
ここで、図５は画像表示装置の表示パネルを示す斜視図である。図５は一部を切欠して示す。図中６８は画像表示装置の表示パネル、６は電子放出素子、１０は基板、６１は基板１０を固定したリアプレート、６２は支持体、６６はガラス基板６３、メタルバック６４及び蛍光体６５からなるフェースプレート、６７は高圧端子である。
【００３８】
図５の画像表示装置の表示パネルにおいては、各電子放出素子６に容器外端子Ｄｘ１乃至Ｄｘｍ、Ｄｙ１乃至Ｄｙｎを通じ、走査信号及び変調信号を図示しない信号発生手段によりそれぞれ印加することにより、電子を放出させて、高圧端子６７を通じメタルバック６５或いは図示しない透明電極に５ｋＶの高圧を印加し、電子ビームを加速し、蛍光体膜６４に衝突させて励起、発光させることで画像を表示する。この結果、電子源の電子放出特性や寿命等の性能を向上させ、且つ、基板毎の性能ばらつきを小さくすることができた。
【００３９】
（第２の実施形態）
図８は本発明による電子源の製造装置の第２の実施形態を示す断面図である。同図において、装置構成、動作は図１と同様であるが、支持体２０７の２ヶ所に設置された温度センサからなる計測手段１０１で温度を計測し、それらの温度差ΔＴから温度センサのある２点間を流れる熱量Ｑを算出し、基板１０からの発熱量Ｑとした。
【００４０】
演算手段１０４が発熱量Ｑに応じて温調電源１０２、水温コントローラ１０３に支持体の温度、もしくは、冷媒の温度を指示するのは第１の実施形態と同様である。なお、前記の２点間を流れる熱量Ｑは、２点間の熱伝導率、距離をそれぞれα、Ｘ、発熱部分の面積をＳとして、Ｑ＝α×ΔＴ×Ｓ／Ｘとした。また、計測手段の温度センサは静電チャック２０８に設置してもよい。２ヶ所の温度センサの間に複数の材料がある時、材料毎の熱伝導率、距離、温度差をそれぞれαｉ、Ｘｉ、ΔＴｉ（ｉ＝１、２、・・・）とすると、流れる熱量Ｑは、
Ｑ＝αｉ×ΔＴｉ×Ｓ／Ｘｉ（ｉ＝１、２、・・・）
ΔＴ＝Σ（ΔＴｉ）より、
Ｑ＝ΔＴ・Ｓ／Σ（Ｘｉ／αｉ）
となる。効果は第１の実施形態と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明による電子源の製造装置の第１の実施形態を示す断面図である。
【図２】電子源基板の一例を示す平面図である。
【図３】本発明に係る電子放出素子を示す平面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図５】電子源を用いた画像形成装置の一例を示す一部切欠斜視図である。
【図６】本発明に係る電子源基板の発熱の一例を示す図である。
【図７】本発明に係る演算手段の指示温度の一例を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
２、３  素子電極
４  導電性薄膜
５  電子放出部
６  電子放出素子
７  Ｘ方向配線
８  Ｙ方向配線
９  絶縁層
１０  基板
６２  支持枠
６３  ガラス基板
６４  メタルバック
６５  蛍光体
６６  フェースプレート
６７  高圧端子
６８  画像表示装置
１０１  計測手段
１０２  温調電源
１０３  水温コントローラ
１０４  演算手段
２０２  真空チャンバー（真空容器）
２０３  Ｏ−リング（パッキン）
２０５  電離真空計（真空計）
２０６  真空排気系（真空ポンプ）
２０７  支持体
２０８  静電チャック
２１０  平板
２１２  電気ヒータ
２１３  冷却ユニット
２１５  プローブユニット
２１６  パルス発生器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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